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重力势能 公开课教案


7.5 重力势能
【教材分析】
“重力势能”是下节“机械能守恒定律”的知识基础,是本章的一个重要知识点。本节进述重力势能及其相 对性,重力势能的变化以及与重力做功的关系。由于与动能定理的表述不一致,学生往往不易理解,教学时最好能 结合一些实例,从功能关系、能量转化的角度分析,解开学生的困惑,为下节讲机械能守恒定律及能量转化和守恒 定律做好准备。

【学生分析】
1.高一学生认识事物的特点是:开始从具体的形象思维向抽象逻辑思维过渡,但思维还常常与感性经验直接 相联系,仍需具体形象的图片、视频画面来支持。 2.学生在初中时已接触过重力势能的概念,在高中阶段要定量的学习重力势能及体验建立过程。 3.学生已学习了功的概念和计算方法。通过重力做功的计算来判断重力势能的变化,通过弹性力做功来判断 弹性势能的变化。 【教学目标】 1、知识与技能 1.理解重力势能的概念,会用重力势能的定义进行计算.? 2.理解重力势能的变化和重力做功的关系,知道重力做功与路径无关.? 3.知道重力势能的相对性.? 4.了解弹性势能.?
[来源:Zxxk.Com]

2、过程与方法 1.根据功和能的关系,推导出重力势能的表达式 .? 2.学会从功和能的关系上解释和分析物理形象.? 3、情感、态度与价值观 渗透从对生活中有关物理现象的观察,得到物理结论的方法,激发和培养学生探索自然规律的兴趣.?

【重点难点】
重点:重力势能的的概念及重力做功跟重力势能改变的关系。 难点:重力势能的相对性、重力势能变化的绝对性。

【教学流程】
视 频 引 入 复 习 重 力 势 能 概 念

经历探究过程得出 EP=mgh 结合生活理解 EP=mgh 通过实例探究 WG=-Δ EP 关系 实例分析重力做功特点 练习反馈 总结提升

弹性势能初步了解

1

教师活动

学生活动

设计意图 视频引入,激 发学生兴趣。

一、视频引入,激发兴趣
雪崩 我们看到一个冰天雪地、广袤无垠的银色世界,它带给人们是圣 洁、平和、宁静的感受,一种心灵的洗涤。但是一旦大量积雪从高处 滑下形成——雪崩。 一面面白茫茫的雪墙排山倒海而来, 你将感受到大 雪崩所带来最令人惊心动魄的白色恐惧, 将对人们的生命与财产带来 灾难……。 为什么这么漂亮的雪花有如此大的破坏力?是因为它们具有潜 在能量。只要一有机会,就会通过做功把这种能量释放出来。我们将 这种能量叫重力势能。 我们初中的时候学过重力势能,那它是怎么定义的呢? 定义:地球上的物体由于处于一定的高度而具有的能量,我们把 这种能量叫做重力势能。用 EP 表示。

物体由于被举高而具有的 能量叫做重力势能。

二、教学过程 (一)重力势能 ?第一层次:探究 EP=mgh
▲程序一:提出问题:重力势能的大小与什么因素有关? ▲程序二:建立假设 师:同学们可以根据已有的知识和经验,大胆提出自己的假设, 高度有关;质量有关。 并且说明你的理由。 ▲程序三:检验假设 ①实验定性检验:观看视频 结论:同一高度的物体:质量越大,重力势能越大; 质量相同的物体:高度越高,重力势能越大。在物理学中我们用 EP 来表示重力势能, 那 EP 具体是怎么计算的呢? ②理论定量推导 如图所示,小球做自由落体运动,由动能定 理 WG=mg ? h=mg(h1 - h2)=mgh1 - mgh2=

渗透:功 是能量变化的 量度,能量的 变化通过做功 来实现。为下 面实验定性检 验作理论铺 垫。

渗透社会公德 教育:预防高 空坠物的危险

1 2 mv ; 2

功是能量转化的量度,做功的过程就是能量 转化的过程,做了多少功,就有多少能量发生转 化。重力做了多少功,就有多少重力势能发生了 转化,重力势能等于动能即 ? EP=

1 2 mv ,所以重力势能 EP=mgh 2

▲程序四:得出结论:EP=mgh 即重力势能等于物体重力与高度的乘积。 有了重力势能的定量表示,重力做功 WG=mgh1 -mgh2= Ep1 - Ep2

?第二层次:理解 EP=mgh
主要采取讲授式 ①标矢性:标量 ②单位:焦耳(J) ③相对性:Ep 与参考平面(零势能面)的选择有关 ④系统性:重力势能为地球与物体所共有的,重力势能具有系统
2

性。为了叙述方便,可以说成是某一物体的重力势能。 [相对性的教学] ? 2005 年我国公布世界第一高峰--珠穆朗玛峰海拔高度的最新 测量结果为 8844.43 米 ; 某同学的身高 1.75m. 问: 他们分别以什 么平面作为起始高度来计算的? 海平面;地面。 师生讨论:确定高度需要零高度参考平面的必要性。 物体具有的重力势能 mgh,高度是相对的,所以重力势能也是相 对的, 计算重力势能之前需要先选定参考平面, 参考平面的高度为零, 重力势能也为零。 例: 如图,质量 0.5kg 的小球,从桌面以上 h1=1.2m 的 A 点落 到地面的 B 点,桌面高 h2=0.8m.请按要求填写下表.(g=10m/s2)

结论:选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同 对一个确定的过程,WG 和△EP 与参考面的选择无关

(二)重力做功与重力势能的改变
上述例题中,小球由 A 点运动到 B 点,重力做正功还是负功, 重力势能怎么变化?让小球从 B 点运动到 A 点,重力做正功还是负 功,重力势能怎样变化? 总结:重力做正功时,重力势能减少,减少的重力势能等于重力 所做的功;重力做负功时(物体克服重力作功) ,重力势能增加,增 加的重力势能等于物体克服重力所做的功。 重力做正功,重力势能减 少; 重力做负功,重力势能增 加。

(三)重力做功和物体运动路径的关系
(1)重力做功的特点 如图 2,让学生写出几种情况下,物体从 A→C,重力做的功: A:WG=mgh B:WG=mgscos θ =mgh C: W1=mgscosθ1=mg △h 1 W=W1+W2+W3+ …… =mg (△h 1+ △h 2 + 图 C 是物体沿曲面由 A 滑到 C,可以把曲面看成很多段小斜面 △h 3 ……)=mg h 组成,利用图 B 的结论可以得出,重力做功也为 mgh。 结论:重力做功只跟它的起点和终点的位置(高度差)有关,与 物体运动的路径无关。

(四) 、弹性势能(据课时情况,可以让学生自学)
生活中还有一些物体既没有运动也没有很大的高度却同样“储 存”着能量,哪怕它只是孩童手里的玩具(图片:弹弓) 。张紧的弓 一撒手就会对箭支做功改变它的动能, 松弛的弓有这样的本领吗?同
3

样是弓前者具有能量而后者没有, 那么什么情况下物体才具有这种能 量呢?张紧的弓在恢复原状的过程会对外做功, 但是拉断的弓还能有 做功的本领吗? 1.定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 2.弹性势能的大小与哪些因素有关呢? 3、势能 由相互作用的物体的相对位置决定的能量。 重力势能:由地球和物体间相对位置决定。 弹性势能:由发生形变的各部分的相对位置决定。

弹性势能的大小同弹 性形变的大小有关。弹性 形变越大,弹性势能也越 大。

(五).反馈练习
物体在运动过程中,克服重力做功 50J, 则( ) A.重力做功为 50J B.物体的重力势能一定增加 50J C.物体的重力势能一定减少 50J D.重力做功为-50J 2、选择不同的水平面作为参考平面,物体在某一位置的重力势 能和某一过程中重力势能改变量( ) A.都具有不同的数值 B.都具有相同的数值 C.前者具有相同的数值,后者具有不同的数值 D.前者具有不同的数值,后者具有相同的数值 3.质量是 50kg 的人沿着长 L=150m、 倾角为 30° 的坡路走上土丘, 重力对他所做的功是多少?他克服重力所做的功是多少?他的重力 势能增加了多少?(g 取 10m/s2) 解析:重力对人做的功为 WG = mgLcos 120° = 50×10×150×(-0.5)J = -3.75×104J 人克服重力所做的功为 3.75×104J 由 WG= -ΔEp 得: 重力势能增加了 3.75×104J 1.

(六)课堂小结
一、重力势能 1、物体的重力势能等于它所受的重力与所处高度的乘积。即:

EP ? mgh
2、重力势能是标量,单位是焦耳(J) 二、重力做功与重力势能变化的关系 WG = mgh1 - mgh2= Ep1- Ep2 重力所做的功只跟初位置的高度 h1 和末位置的高度 h2 有关,与 物体运动的路径无关。 三、重力势能的相对性

(七)课后作业:课本 P119 (2) (5)

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